孔石莼净化珊瑚养殖水体水质的研究

张达娟等

摘 要：利用孔石莼处理珊瑚养殖用水，并对水中NO3--N、NO2--N、NH4+- N和PO43--P等水质指标的变化情况进行考察，以探讨孔石莼对珊瑚养殖水质的净化作用。试验为期60 d，试验期间不换水。结果表明：整个试验期间，珊瑚养殖用水中NO3--N含量维持在10.34～15.45 mg·L-1范围内，NO2--N含量维持在0.007～0.010 mg·L-1范围内，NH4+- N含量维持在0.014～0.021 mg·L-1范围内，PO43--P含量维持在0.31～0.40 mg·L-1范围内。由此可见，孔石莼能够有效净化珊瑚养殖用水水质，使其在不换水的情况下维持在稳定范围内。

关键词：孔石莼；珊瑚；水质；净化

中图分类号：S968.41+1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.07.003

Abstract： To investigate effects of Ulva lactuca on cultivated water purification of coral， Ulva lactuca was used to treat cultivated water of coral and water quality indicators， including NO3-- N， NO2-- N， NH4+- N and PO43--P， were measured. The experiment lasted for 60 d and water was not renewed. The results showed that contents of NO3-- N， NO2-- N， NH4+- N and PO43--P were kept in the range of 10.34～15.45 mg·L-1， 0.007～0.010 mg·L-1， 0.014～0.021 mg·L-1 and 0.31～0.40 mg·L-1respectively during the whole experiment. It was indicated that Ulva lactuca could purify cultivated water of coral effectively and maintain stabilization of water quality.

Key words：Ulva lactuca； coral； water quality； purification

大型藻类与单细胞藻类相似，可通过光合作用吸收固定水体的C、N、P等营养物质，并且具有生命周期长、生长较快等特点，是海区重要的生产力贡献者[1]。鉴于大型藻类对营养物质具有大量吸收的能力，自20世纪70年代开始，陆续有学者将大型藻类作为生物净化器，应用于水体净化领域 [2-3]。黄道建等[4]指出，孔石莼和羽藻可以作为修复近海富营养化水环境的优选海藻。另外，利用大型藻类与养殖动物在生态上的互补性，大型藻类可以与鱼[5]、虾[6]、贝类[7]进行混养，大型藻类既可以吸收养殖动物释放到水体中多余的营养盐，固碳，产氧，调节水体的pH值，又可以修复养殖环境并进行生态调控。

孔石莼（ Ulva lactuca L.）属于绿藻门，丝藻目，孔石莼科，孔石莼属，亦称海白菜、海青菜、海莴苣、绿菜、青苔菜、纶布，属常见海藻。片状，近似卵形的叶片体由两层细胞构成，高10～40 cm，鲜绿色，基部以固着器固着于岩石上，生活于海岸潮间带，生长在海湾内中、低潮带的岩石上。与红藻Gelidium amansii、褐藻Sargassum enerve和繁枝蜈蚣藻Grateloupia ramosissima等多种大型海藻相比，孔石莼对N、P有着较高的吸收率，而且生长速度也高于其它几种藻类[8-9]。对于不同形式的N和P元素来说，孔石莼的吸收速率不同，何洁等[10]研究表明，孔石莼对氨氮和磷酸盐的去除率要高于对硝酸态氮的去除率。

本研究在不换水的情况下采用孔石莼处理珊瑚养殖水体水质，并定期监测水体质量，测定NO3--N、NO2--N、NH4+- N和PO43--P等水质指标的变化，以期为生态无公害养殖提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验装置

试验装置见图1，由4部分组成：珊瑚养殖池（3.41 m×1 m×1.29 m）（a）、孔石莼水处理系统（b）、蛋白分离器（c）和沙滤罐（d）。其中孔石莼水处理系统由有机玻璃制成，共分为3个处理缸，3个处理缸（117.5 cm×57.3 cm×15 cm）内悬浮养殖孔石莼3.5 kg。4支日光灯置于每个处理缸上方提供光照，光照强度控制在3 000 lx，光暗比为9 h∶15 h。本试验所用海水均为人工配置海水：由自来水与海礁盐配置成所需要的海水。

1.2 试验设计

珊瑚养殖池内养殖用水体积为6.4 t，养殖珊瑚种类及投喂情况如下：

养殖对象：海鸡冠Dendronephthya sp（12个）、九尾狐Sphaerella krempfi（19个）。

投喂情况：早晨喂珊瑚粮 236 mL、轮虫液500 mL；下午通过打汁机将20 g太平洋磷虾、沙丁鱼10 g、裂壶藻添加剂7 g、雪虾6 g混合，去掉滤渣，将食物汁喂养珊瑚。

试验为期60 d，试验期间采用孔石莼水处理系统对水质进行处理。养殖缸内的海水在水泵的作用下流经蛋白分离器，再进入沙滤罐进行第2次水处理之后，重新流回珊瑚养殖池。而孔石莼水处理系统单独与珊瑚养殖池进行连接，确保养殖水体完全进入孔石莼水处理系统。养殖过程中，水体温度为（22.7±0.7） ℃；pH值为8.00±0.05；溶氧为7.80±0.04。

每隔15 d，用水抄将孔石莼从养殖缸内捞出放到篮子里控水5 min，尽量除去其中的海水，放到电子称上秤出孔石莼的湿质量。称量结束后将孔石莼重新放到养殖缸内，然后称量篮子得到孔石莼的净质量，并记录。

珊瑚养殖池内设置2个取水点，每个取水点取2个平行水样。每隔3 d取水样一次，按照海洋调查规范第4部分：海水化学要素调查（GB/T 12763.4-2007）相关方法测定养殖水体中NO3--N、NO2--N、PO43--P和PO43--P的含量：NO3--N（锌镉还原法）；NO2--N（重氮-偶氮法）；NH4+-N（次溴酸钠氧化法）；PO43--P（抗坏血酸还原磷钼蓝法）。

2 结果与分析

2.1 孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体NO2--N的影响

孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体NO2-N含量的影响见图2，水体NO2--N的含量基本稳定，维持在0.007～0.010 mg·L-1范围内，且整体上还有略微下降趋势，说明这个系统能够有效吸收养殖过程中产生的NO2--N。

2.2 孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体NO3--N的影响

如图3所示，在孔石莼的作用下，珊瑚养殖池水体NO3--N的含量基本维持在10.34～15.45 mg·L-1这个水平范围内，基本趋于稳定，且整体上还有略微下降趋势。

2.3 孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体NH4+-N的影响

孔石莼净化条件下，珊瑚养殖池水体的NH4+- N含量变化情况见图4，如图所示，珊瑚养殖水体中NH4+- N含量维持在0.014～0.021 mg·L-1范围内，说明这个系统能够有效吸收养殖过程中产生的NH4+- N。

2.4 孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体PO43--P的影响

如图5所示，珊瑚养殖池水体PO43--P的含量基本维持在0.31～0.40 mg·L-1这个水平范围内，基本趋于稳定，说明孔石莼净化系统能够有效吸收养殖过程中产生的PO43--P。

2.5 孔石莼的增长量

不换水培养过程中，孔石莼质量的变化见表1，孔石莼由最初的3.5 kg逐渐增长至试验结束时的4.01 kg，这在一定程度上说明，孔石莼吸收水体中的N和P等营养物质，既进行了水质净化，也实现了自身生长。

3 讨 论

3.1 养殖水体的N素污染

水产养殖动物是排氨生物，氮是其排出废物中的主要组成成分。进入人工养殖水体的N素部分被养殖动物吸收同化转化为营养成分，部分通过反硝化作用或NH3 的挥发进入大气， 其余大部分则以有机和无机氮形式溶解于水中。氨氮超标影响养殖动物的生存和生长，轻者导致养殖动物生长缓慢，食量减弱，引发各种疾病，食用品质差；重者将引起养殖动物中毒死亡。研究发现，瓣鳃纲贝类排放到水体中的氮占总投入氮的75%，鱼、虾类排放到水体中的氮分别为投入氮的70%～75%和77%～94%[11]。养殖废水中如此高的含氮量，为大型海藻对养殖废水的生物修复作用提供了依据和前提。由此可见，养殖种类、饵料的性质等因素都会对以残饵、粪便的形式被释放到水环境中的氮素的数量和种类产生影响。本试验通过孔石莼水处理系统使养殖水体中的氮含量处在一个稳定的范围内，随着试验的进行并略微下降。

3.2 大型海藻对无机营养盐的吸收利用

大型海藻由于其自身的生理特点，包含着无机氮、氨基酸氮、非蛋白可溶性有机氮和蛋白质氮等营养物质库。营养物质库的存在保证了大型海藻在营养盐剧烈变动的水体环境中可以正常的生长。如上所述，大型藻类对不同营养元素有着不同的吸收速率，在具有同样浓度的N盐和P盐水体中，大型藻类首先吸收N元素；对于NO3--N和NH4+- N来说，大型藻类首先偏向于对NH4+- N的吸收。NH4+- N往往是养殖水体中无机氮代谢后的主要存在形式，对养殖对象有着一定的损害作用，大型藻类对NH4+- N吸收偏好恰好可以作为清洁水质的一个手段。本研究结果也表明，在不换水情况下，孔石莼的培育可以使珊瑚养殖水体中的NH4+- N含量保持在最初的水平。另外，大型海藻易于收获，减轻水体污染的同时，又能实现养殖污染物的资源化利用。

3.3 大型藻类对养殖水体的生态调控

大型藻类可以通过光合作用吸收养殖水体中因饵料输入、养殖动物代谢造成的营养负荷，产生氧气，提高水体pH值。孔石莼与其他水生生物一样，虽然可以利用大量的营养元素，但在夜间也会消耗一定的氧气，如果控制不好孔石莼的密度容易导致耗氧增加，与养殖对象之间形成竞争。本研究中，6.4 t水体利用10.5 kg的孔石莼进行水质净化，石莼能够有效净化珊瑚养殖用水水质，使其不换水情况下各水化指标维持在稳定范围内，说明孔石莼的生物量和珊瑚的养殖密度搭配较为适宜，有效地建立了孔石莼和珊瑚之间营养盐的流动平衡，为孔石莼与养殖对象的搭配密度提供一定的参考。此外，在考虑搭配密度的同时还应考虑养殖对象和投喂量的不同，不能盲目增大孔石莼的量。孔石莼在营养盐充足的情况下，生长速度很快，如果盲目地增加孔石莼的量，部分孔石莼在水体中腐烂降解会消耗大量溶解氧，释放有害的降解物质，再次成为污染物质，导致养殖环境的进一步恶化，不利于养殖对象的生长。鉴于此，为了深入了解孔石莼与养殖对象之间互惠互利的形式，达到最佳的利用状态，需要进一步开展孔石莼和养殖对象不同条件下的生理学特性及代谢规律的研究，探索最佳的生态养殖模式。

参考文献

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